화학 평형

Chemical Equilibrium

동적 평형은 겉보기에는 변하지 않지만 정반응과 역반응이 같은 속도로 계속 진행되는 상태예요. 평형 상수 K가 크면 생성물이 우세하고 작으면 반응물이 우세하며, K는 온도에만 의존해요. 반응지수 Q와 K를 비교하면 Q < K일 때 정반응, Q > K일 때 역반응이 진행돼요. 평형 상수와 반응지수를 바꾸면 평형 도달 과정과 반응 방향이 보여요.

직관 도입: 동적 평형이란?

💡 비유: 에스컬레이터 위의 사람들

①올라가는 에스컬레이터 위에서 반대로 걸어 내려오는 사람을 상상하라

②올라가는 속도와 걸어 내려오는 속도가 같으면? → 제자리!

③밖에서 보면 움직이지 않는 것 같지만, 실제로는 계속 움직이고 있다

④이것이 '동적 평형': 겉으로는 변화 없지만 정반응·역반응이 끊임없이 진행

⑤물이 증발하고 응결하는 속도가 같아지면 = 동적 평형

평형 도달 과정 시각화

평형 상수 K2

🔍 K 값의 의미

①K가 크면 → 생성물 농도가 높음 (반응이 '거의 완결')

②K가 작으면 → 반응물 농도가 높음 (반응이 '거의 진행 안 됨')

③K = 1이면 → 반응물과 생성물 비율이 비슷

④K는 온도에만 의존한다 (농도·압력 변화로는 K 불변)

평형 상수 K와 반응지수 Q

평형 상수 (농도)

K_c = [C]^c[D]^d[A]^a[B]^b

aA + bB ⇌ cC + dD 에서 생성물/반응물의 농도비

반응지수 Q0.5

💡 Q vs K로 반응 방향 예측

①Q = K → 평형 상태 (변화 없음)

②Q < K → 생성물이 부족 → 정반응 진행

③Q > K → 생성물이 과잉 → 역반응 진행

④Q의 식은 K와 동일하되, 임의 시점의 농도를 대입

평형 상수 활용

순수 고체·액체

K 식에서 순수 고체와 순수 액체는 제외

예: CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g) → K = [CO₂]

📐 ICE 표 활용법

①I (Initial): 초기 농도 설정

②C (Change): 반응 변화량을 x로 놓기

③E (Equilibrium): I + C = 평형 농도

④평형 농도를 K 식에 대입 → x 계산

⑤수능에서 가장 자주 나오는 풀이 패턴!

예제로 익히기

예제 1

H₂ + I₂ ⇌ 2HI 반응이 평형에 도달했을 때 [H₂] = 0.1, [I₂] = 0.1, [HI] = 0.8 M이다. 평형 상수 K_c는?

평형 상수 K_c = [생성물]^계수 / [반응물]^계수.

K_c = [HI]²[H₂][I₂]

평형 농도를 대입한다.

K_c = 0.8²0.1 × 0.1 = 0.640.01 = 64

▸ K_c = 64

계수가 지수로 들어간다([HI]²). 순수 기체이므로 모두 K 식에 포함.

예제 2

어떤 반응의 평형 상수 K = 10인데, 현재 반응지수 Q = 2이다. 반응은 어느 방향으로 진행하는가?

Q와 K를 비교한다. Q < K이면 생성물이 부족한 상태.

Q = 2 < K = 10

생성물이 더 만들어지는 방향으로 진행한다.

Q < K ⇒ 정반응

▸ 정반응 (생성물 생성 방향)

Q<K → 정반응, Q>K → 역반응, Q=K → 평형. Q를 K에 맞추는 방향으로 진행한다.

총정리

평형 상수

K_c = [생성물]^계수[반응물]^계수

온도에만 의존, 농도·압력 변화로는 K 불변

수능 유형 변형

A ⇌ 2B 반응이 평형일 때 [A] = 0.5 M, [B] = 1.0 M이다. 평형 상수 K_c는?

①1

②2

③0.5

④4

⑤0.25

▸ ② 2

K_c = [B]² / [A] (B의 계수 2가 지수).

K_c = [B]²[A]

평형 농도를 대입한다.

K_c = 1.0²0.5 = 2

🎯 시험 포인트

①평형: 정반응 속도 = 역반응 속도 (겉보기 변화 없음)

②K > 1: 생성물 우세, K < 1: 반응물 우세

③Q < K → 정반응, Q > K → 역반응, Q = K → 평형

④순수 고체·액체는 K 식에서 제외

⑤ICE 표로 평형 농도 계산 → 수능 빈출!